5. Studio del progetto sistematico del lay-out generale INDUSTRIALI... · 1. Lavorazione limitata...

Forlì, 3 aprile 2017

5. Studio del progetto sistematico del lay-out generale

Prof. Ing. Augusto Bianchini

DIN – Dipartimento di Ingegneria IndustrialeUniversità degli Studi di Bologna

Impianti Industriali

AGENDA

Studio del progetto sistematico del lay-out generale

• Analisi del prodotto e delle quantità

• Flusso dei materiali

• Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto

• Unità di misura del flusso dei materiali

• Foglio del processo operativo per più di un prodotto

• Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti

• Foglio origine-destinazione

• Group Technology

3

Analisi del prodotto e delle quantitàPer lo studio del lay-out generale dell’impianto, è necessario raccogliere informazioni sul

prodotto 𝑃 e sulle quantità 𝑄, analizzando il volume di produzione e le varietà prodotte

(analisi 𝑷 −𝑸), seguendo i passi successivi:

1. suddivisione e/o raggruppamento dei vari prodotti, materiali o modelli in esame in

gruppi o famiglie;

2. calcolo delle quantità da produrre per ciascuna suddivisione o gruppo e, all’interno di

ciascun gruppo, per ciascun prodotto, modello o varietà.

Si definisce mix produttivo l’insieme dei tipi

di prodotto o modelli diversi fabbricati

dall’azienda.

Per comprendere facilmente come è

composto il mix produttivo, le quantità

annuali per ciascun modello vengono poste

in ordine decrescente all’interno del

diagramma 𝑃 − 𝑄.

Il conteggio delle quantità 𝑄 si fa in termini di

numero di pezzi, unità di volume, unità di

massa… riferiti all’unità di tempo.

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Analisi del prodotto e delle quantità

La curva 𝑃 − 𝑄 approssima un’iperbole equilatera, che può essere suddivisa in 3

zone:

Zona I: i prodotti che ricadono nella zona I sono realizzati in grande quantità, quindi

favoriscono i metodi di produzione di massa attraverso linee di produzione dedicate.

Zona II: i prodotti che ricadono nella zona II sono eseguiti in piccole quantità e

favoriscono metodi di produzione per reparti di lavorazioni omogenee a punto fisso.

Grandi quantità

Piccole quantità

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Analisi del prodotto e delle quantitàL’analisi del binomio Prodotto-Quantità conduce al diagramma 𝑃 − 𝑄 e alla suddivisione delle

aree dell’impianto in tre categorie caratterizzate da lay-out diversi.

Zona III: lay-out di tipo misto.

Adatto nel caso in cui sono presenti diverse linee e

reparti produttivi o ‘famiglie’ di prodotti.

𝑄′′ < 𝑄 < 𝑄′

𝑄 < 𝑄′′

𝑄 > 𝑄′

Zona I: lay-out per prodotto.

Rispecchia la successione delle operazioni del ciclo tecnologico. Adatto per elevata produzione di

poche varietà, per prodotti ad alta rotazione in linee di produzione dedicate che giustificano un

alto gradi di automazione con attrezzature speciali ed elevati investimenti nei sistemi di trasporto.

Zona II: lay-out per processo o a postazione fissa.

Adatto per la piccola produzione di molte varietà,

prodotti a bassa rotazione.

a. Lay-out per prodotto o per reparti: le operazioni di

trasformazione e di trattamento vengono eseguite in

reparti caratterizzati da lavorazioni omogenee.

b. Lay-out a postazione fissa: tipico per operazioni di

montaggio in cui il prodotto sta fermo e gli operatori

portano nelle vicinanze i componenti e le attrezzature.

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L’area sottesa dalla curva P-Q rappresenta la

produzione totale nell’unità di tempo.

Nel caso di curva ripida, si cerca di

suddividere i prodotti ed i relativi lay-out per

prodotto e per processo.

Nel caso di curva piatta, poiché il grosso della

produzione è rappresentato dall’area centrale,

anche se i prodotti si trovano all’estremità non

vengono realizzati con la massima

convenienza, si può comunque raggiungere

una buona efficienza globale con un lay-out su

misura per la zona centrale.

Curva ripida

Curva piatta

7


Vantaggi relativi del lay-out per prodotto (zona I), del lay-out per processo (zona II-a) e del

lay-out a punto fisso (zona II-b)

Con un elevato grado di standardizzazione ed intercambiabilità delle parti, si riesce a spostare

parte della produzione dalla zona II alla I, in cui è consentito un alto grado di automatizzazione ed

un lay-out con linee di produzione (minore numero di ore per unità di prodotto.

Lay-out per prodotto Lay-out per processo Lay-out a punto fisso

1. Minor costo totale dei trasporti di

materiale

1. Minore duplicazione di

macchinari e minori investimenti

in attrezzature fisse

1. Possibilità di perfezionare

le capacità professionali dei

dipendenti e di ottenere un

ampliamento di mansione

2. Minor tempo complessivo di

produzione

2. Maggiore flessibilità di

produzione2. Possibilità di far partecipare

gli operatori alla vita del

prodotto stimolandone la

responsabilità3. Minori scorte di produzione3. Controllo e supervisione più

specializzati e efficaci

4. Maggiori incentivi per i vari reparti

ad aumentare la produttività

4. Maggiori incentivi per i singoli

dipendenti ad aumentare la

produttività

3. Grande flessibilità che

consente grandi variazioni

nelle caratteristiche, nelle

varietà e nel volume di

produzione dei prodotti5. Minore superficie di stabilimento

richiesta per unità di prodotto

5. Migliore controllo di processi

ad alta precisione o complessi

6. Semplificazione del controllo

della produzione

6. Maggiori possibilità di ovviare

ad avarie del macchinario

4. Minimo investimento di

capitale nel lay-out

8

Analisi del prodotto e delle quantitàSituazioni a favore del lay-out per prodotto (zona I) e del lay-out per processo (zona II-a)

Lay-out per prodotto Lay-out per processo

1. Lavorazione limitata ad uno o pochi prodotti

standard

1. Produzione riguardante numerosi prodotti

diversi o produzione su commessa

2. Grande volume di produzione di ciascun

prodotto2. Produzione limitata per ogni singolo prodotto

3. Possibilità di attuare analisi dei tempi e dei

metodi per il controllo della produttività

3. Analisi di tempi e metodi difficile o impossibile

da effettuare

4. Possibilità di un buon bilanciamento della

produzione (numero di pezzi nell’unità di tempo

simile per tutte le macchine)

4. Difficoltà ad ottenere il bilanciamento della

produzione

5. Pochi controlli necessari durante le fasi di

lavorazione

5. Necessità di molti controlli durante le fasi di

lavorazione

6. Pochi macchinari speciali richiesti per le

lavorazioni

6. Alta proporzione di macchinari speciali o che

richiedono trattamenti speciali

7. I materiali e i prodotti possono essere

trasportati in modo continuo o in forti quantitativi

7. Esistenza di materiali o prodotti troppo

voluminosi o pesanti per trasporti continui in

grandi quantità

8. Possibilità di destinare ogni macchina o

stazione di lavoro a una sola operazione

8. Frequente necessità di impiegare la stessa

macchina per due o più operazioni diverse

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Esempio

Si abbia un impianto industriale che produce i prodotti A, B e C aventi i seguenti cicli di

lavorazione:

A: taglio, fresatura, controllo, tornitura, fresatura, foratura, controllo, confezionamento;

B: foratura, tornitura, fresatura, controllo, confezionamento;

C: taglio, tornitura, foratura, fresatura, controllo, confezionamento.

Si considerano le due soluzioni con lay-out per prodotto e per processo.

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Lay-out per prodotto




MP sega tornio 1

tornio 2

trapano fresa controllo 1

controllo 2imballaggioPF

immagazzinamento

lavorazione

ispezione

1

3

5

6

4

2

1 2 1

3

A

4526

7

8

9310

B

11 12 13

14

415

C

11


Lay-out per processo




MP sega tornio trapano fresa

controlloimballaggioPF

immagazzinamento

lavorazione

ispezione1

3

5

2

4

6

12

1

3

A

8

5

4

6

7

4

9

310

B

11 12 13

2

15

C

14

12


Considerazioni

• Nella soluzione con lay-out

per processo si hanno

risparmi a livello di

investimento (es. unico

reparto di torneria con un solo

tornio, unica sala di collaudo

senza dover duplicare le

attrezzature di controllo…).

• Nella soluzione con lay-out

per prodotto sono minori i

costi di trasporto interno

perché i flussi di materiali non

presentano ritorni tra i reparti.

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La procedura per realizzare l’analisi 𝑃 − 𝑄 è composta dalle seguenti fasi:

1. compilazione del foglio dei dati sul prodotto e sulle quantità;

2. classificazione di tutti i prodotti (parti, materiali…) in gruppi che presentano

somiglianze;

3. analisi dell’andamento delle caratteristiche significative delle classi individuate,

previsioni per il futuro ed eventuale riclassificazione;

4. assegnazione del livello di produzione (quantità da produrre annualmente o

mensilmente) per ciascun prodotto in modo da tener conto della stagionalità della

domanda e disposizione dei prodotti all’interno di ogni gruppo in ordine

decrescente rispetto alla quantità;

5. costruzione di un istogramma (o una curva continua), con P – prodotti sulle ascisse

e Q – quantità sulle ordinate, in una scala appropriata in modo da avere i riferimenti

alle quantità di ciascun prodotto;

6. studio dei dati dell’istogramma al fine di verificare la suddivisione logica del “mix

produttivo” tenendo presenti gli effetti sul lay-out.

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Per la fase 3 dell’analisi 𝑃 − 𝑄 è necessario conoscere le relazioni tra 𝑃 𝑒 𝑄 con il

tempo 𝜏 e quindi è necessario disporre di:

- previsioni di 𝑃(𝜏), cioè dei cambiamenti dei prodotti 𝑃 nel tempo 𝜏 in termini di paso

o dimensioni, che potrebbero rendere obsoleto il lay-out migliore, con conseguenze

su attrezzature e spazi necessari, sui mezzi di immagazzinamento e trasporto…;

- previsioni o stime di Q 𝜏 :

- a breve termine: 3-6 mesi;

- a medio termine: 1-2 anni;

- a lungo termine: 5-10 anni.

Queste previsioni sono alla base del progetto di un uovo impianto di produzione. Lo

studio del lay-out deve considerare anche possibili espansioni a lungo termine.

Raccomandazioni:

- non entrare troppo nei dettagli;

- non considerare i dati su 𝑃 e 𝑄 come immutabili ed estremamente precisi;

- introdurre dei coefficienti di sicurezza.

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ESEMPIO DI FOGLIO DI RACCOLTA DATI P-Q (PRODUCT – QUANTITY DATA SHEET)


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Flusso dei materiali

Per determinare il flusso di materiali bisogna conoscere il ciclo di lavorazione 𝐶.

Per valutare se il ciclo di lavorazione è migliorabile, è necessario esaminare ogni fase del processo sulla base dei seguenti punti:

- eliminazione: l’operazione è necessaria o può essere eliminata?

- combinazione: l’operazione può essere combinata con altre operazioni?

- cambio della sequenza, del posto di lavoro e dell’operatore: è utile o necessario procedere in questo modo?

- miglioramento dei dettagli.

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Flusso dei materiali

Con riferimento al diagramma 𝑃 − 𝑄, si possono distinguere 4 situazioni:

A

B

CD

C. Per molti prodotti è opportuno procedere, a seconda delle possibilità, a:

1. raggruppamenti di modelli in base alle caratteristiche fisiche;

2. raggruppamenti di modelli che hanno processi produttivi simili;

3. selezione di modelli campione rappresentativi;4. selezione dei modelli che presentano le peggiori

condizioni ai fini del lay-out.Si può applicare il metodo A o B a seconda del numero di gruppi o modelli rappresentativi determinati e selezionati.

D. Per molti prodotti diversificati è conveniente usare il foglio origine-destinazione (from-to-chart).

A. Per un solo prodotto è conveniente usare il foglio del processo operativo di montaggio o di lavorazione (assembly process chart or operation process).

B. Per pochi prodotti o modelli (fino a 5-6) è conveniente usare il foglio del processo per più di un prodotto (multi-product process chart).

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Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto

Il foglio del processo operativo (operation process chart) per produzione monoprodottofornisce una rappresentazione grafica visiva del flusso di materiali nel processo di lavorazione.

Ogni materiale, lungo il suo processo, può essere sottoposto a 5 operazioni. Può essere:1. lavorato o formato, oppure montato o smontato con altri materiali;2. mosso e trasportato;3. contato, controllato o ispezionato;4. in attesa di una operazione successiva o bloccato per l’aspetto del suo lotto di produzione;5. Immagazzinato.

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FOGLIO DEL PROCESSO OPERATIVO


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Il foglio del processo operativo deve indicare:

- la descrizione della lavorazione (simbolo e tipo di operazione);

- il numero della lavorazione, con una sequenza numerica divisa per tipologia;

- tempo necessario per la realizzazione di un unità di prodotto (es. tempo/pezzo);

- intensità del flusso di materiali sui tratti che collegano le stazioni operative;

- eventuale necessità di eliminazione di sfridi, ritagli, … .

Al foglio del processo operativo corrisponde il diagramma del processo operativo o di montaggio.


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EsempiCiclo di lavorazione di un reparto di tranciatura lamiere.


Operazione di assemblaggio di un componente meccanico.

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Unità di misura del flusso dei materiali• Quando i materiali sono simili e omogenei, l’intensità del flusso dei materiali può essere

misurata in kg o tonnellate, litri o in altre espressioni di volumi, o ancora in carichi pallettizzati.Esempi: mulino da farina, cementeria, zuccherificio → tonnellate;

raffinerie di petrolio → barili;magazzino frigorifero di generi misti → pallets.

• Se non esistono contenitori o unità di trasporti comuni a materiali diversi, sia per natura che per caratteristiche, la misura dell’intensità del flusso risulta più difficile. In questo caso si passa al conteggio del numero di MAG (magnitudo) per ogni materiale, che misura la sua trasportabilità.

Il MAG è un’unità che misura l’attitudine dei materiali ad essere trasportati: noto il numero di MAG di un oggetto, il suo prodotto per il numero di pezzi (all’ora, al giorno, al minuto…) fornisce l’intensità di flusso di quel materiale.

I fattori che influiscono sulla trasportabilità di un oggetto sono:- dimensioni; - rischio di danno;- densità; - condizioni e stato fisico;- forma; - valore (costo).

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Unità di misura del flusso dei materiali

Definizione: 1 MAG equivale ad un pezzo di materiale che:

1. può essere tenuto con facilità in una mano;2. è ragionevolmente solido;3. ha una forma compatta e si può accatastare;4. è poco suscettibile al danneggiamento;5. è ragionevolmente pulito, saldo e stabile.

Le precedenti caratteristiche sono ben rappresentate da un blocco di legno secco tagliato in modo da avere le dimensioni di circa 150 cm3.

≈ 5 cm

V = 150 cm3

Il valore di MAG può essere espresso con la seguente formula:

𝐴 1 + 0,25 ∙ 𝐵 + 𝐶 + 𝐷 + 𝐸 + 𝐹 = 𝐴′

con 𝐵: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑖𝑡à (−2 ≤ 𝐵 ≤ +3)𝐶: 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 (−3 ≤ 𝐶 ≤ +4)D: 𝑟𝑖𝑠𝑐ℎ𝑖𝑜 𝑑𝑖 𝑑𝑎𝑛𝑛𝑒𝑔𝑔𝑖𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (−2 ≤ 𝐷 ≤ +4)E: 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑧𝑖𝑜𝑛𝑖 (0 ≤ 𝐸 ≤ +4)

Il valore 𝐹, relativo al costo, spesso non viene considerato in quanto non comporta variazioni di trasportabilità all’interno di uno stabilimento industriale, oppure si stabilisce una scala numerica per affidare anche ad 𝐹 un valore correttivo.

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Per pochi prodotti (5-6) è conveniente utilizzare un unico foglio multiprodotto (Multi-Product Process Chart). Sul lato sinistro vengono elencate le operazioni, mentre sul lato superiore sono elencati i prodotti (o i modelli).

Esempio

L’obiettivo del lay-out è quello di avere un flusso progressivo (prodotti A, B e D) con un minimo di ritorni (C e E), disponendo vicine le operazioni legate tra loro da una grande intensità di flusso.

Foglio del processo operativo per più di un prodotto

1.

2.

3.

4.

5.

1

2

4

3

1

2

4

3

1

2

4

3

1

2

3

1

2

4

3

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30

Se il numero di prodotti è elevato (da 30 in su), il foglio multiprodotto diventa complesso e illeggibile. Si procede allora:- al raggruppamento dei prodotti

e poi si applicano i metodi A o B (foglio del processo operativo o multiprodotto) ottenendo il group production lay-out.

- Alla selezione dei prodotti

Si applicano ancora i metodi A o B a seconda del numero di modelli selezionati.

Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti

Raggruppamenti di

modelli simili

1. In base alle caratteristiche fisiche

(forma, dimensioni, …)

2. In base al processo produttivo

Selezione

3. Di modelli rappresentativi o di

interi gruppi

4. Di modelli con le condizioni

peggiori (peso, dimensioni, fragilità,

pericolosità, costo, …)

AGENDA










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Conviene utilizzare il foglio origine-destinazione (From-to-Chart), quando il numero di prodotti o materiali diventa molto elevato.

Foglio origine-destinazione

Da a 1. Tranciatura 2. Dentellatura 3. Tracciatura 4. Punzonatura 5. Piegatura

1. Tranciatura ABC E

2. Dentellatura BD AC

3. Tracciatura BDE

4. Punzonatura CE A

5. Piegatura

EsempioSi riprende l’esempio utilizzato per il foglio del processo multiprodotto e si compila la matrice che costituisce il foglio origine-destinazione.

BD

3. Tracciatura

2. DentellaturaLa casella indica che i prodotti B e D passano dalla dentellatura alla tracciatura.

Da a 1. Tranciatura 2. Dentellatura 3. Tracciatura 4. Punzonatura 5. Piegatura

1. Tranciatura ABC E

2. Dentellatura BD AC

3. Tracciatura BDE

4. Punzonatura CE A

5. Piegatura

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Indicando con 𝑛𝑖 il numero di prodotti/anno del tipo 𝑖 e 𝐴′𝑖 il valore in MAG di quel prodotto, si definisce l’intensità totale del flusso 𝑥:

𝑥 =

𝑖=𝑘1,𝑘2,…

𝑛𝑖𝐴′𝑖

con k uguale ai prodotti presenti all’interno di una stessa casella del from-to-chart.

Nell’esempio precedente:


𝑥 =

𝑖=𝐵,𝐷

𝑛𝑖𝐴′𝑖BD

3. Tracciatura

2. Dentellatura

• Le caselle sopra la diagonale rappresentano spostamenti dei prodotti verso il completamento (verso l’ultima operazione necessaria).

• Le caselle sotto la diagonale rappresentano i flussi di ritorno.

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FROM-TO-CHART


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Quando il foglio origine-destinazione fornisce anche i valori di distanza tra i centri di lavorazione, viene chiamato foglio degli itinerari o dei percorsi.

Al foglio origine- destinazione corrisponde il diagramma dei flussi dei materiali.

Esempio: le cifre rappresentano i flussi in MAG/unità di tempo.


AGENDA










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La soluzione a del lay-out misto, complica l’organizzazione e la gestione, per cui si cerca di ricorrere alla tecnologia e all’automazione industriale con introduzione di linee flessibili di fabbricazione (FMS) o assemblaggio (FAS), ciascuna dedicata ad una famiglia di prodotti.

Strategia incisiva sui costi e sullo snellimento del processo produttivo è quella della razionalizzazione di:- progetto;- ciclo tecnologico;- processo di fabbricazione e del lay-out dei mezzi di produzione.

Group Technology

L’attuale mercato prevede una riduzione dei volumi di produzione del singolo prodotto a fronte di un ampliamento del mix produttivo per la richiesta crescente di prodotti sempre più personalizzati. Ciò costringe diverse aziende a lavorare nella zona 3 del diagramma P-Q, relativa alla fabbricazione di molti modelli in quantità modeste/anno.

Forlì, 3 aprile 2017

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